自己动手写操作系统

左手的ㄟ右手 2022-05-21 12:39 270阅读 0赞

《自己动手写操作系统》读后感                [http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7059936][http_blog.csdn.net_zgh1988_article_details_7059936]

全面剖析《自己动手写操作系统》第一章   [http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7060032][http_blog.csdn.net_zgh1988_article_details_7060032]

全面剖析《自己动手写操作系统》第二章 [http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7062065][http_blog.csdn.net_zgh1988_article_details_7062065]

**\[html\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.   1 ; ==========================================  
2.   2 ; pmtest1.asm  
3.   3 ; 编译方法：nasm pmtest1.asm -o pmtest1.com  
4.   4 ; ==========================================  
5.   5  
6.   6 %include "pm.inc"    ; 常量, 宏, 以及一些说明  
7.   7  
8.   8 org  0100h  
9.   9  jmp LABEL\_BEGIN  
10. 10  
11. 11 \[SECTION .gdt\]  
12. 12 ; GDT  
13. 13 ;                                         段基址,      段界限     , 属性  
14. 14 LABEL\_GDT:       Descriptor         0,                0, 0           ; 空描述符  
15. 15 LABEL\_DESC\_CODE32:   Descriptor         0, SegCode32Len - 1, DA\_C + DA\_32    ; 非一致代码段, 32  
16. 16 LABEL\_DESC\_VIDEO:    Descriptor   0B8000h,           0ffffh, DA\_DRW      ; 显存首地址  
17. 17 ; GDT 结束  
18. 18  
19. 19 GdtLen       equ $ - LABEL\_GDT   ; GDT长度  
20. 20 GdtPtr       dw  GdtLen - 1  ; GDT界限  
21. 21      dd  0       ; GDT基地址  
22. 22  
23. 23 ; GDT 选择子  
24. 24 SelectorCode32       equ LABEL\_DESC\_CODE32   - LABEL\_GDT  
25. 25 SelectorVideo        equ LABEL\_DESC\_VIDEO    - LABEL\_GDT  
26. 26 ; END of \[SECTION .gdt\]  
27. 27  
28. 28 \[SECTION .s16\]  
29. 29 \[BITS    16\]  
30. 30 LABEL\_BEGIN:  
31. 31  mov ax, cs  
32. 32  mov ds, ax  
33. 33  mov es, ax  
34. 34  mov ss, ax  
35. 35  mov sp, 0100h  
36. 36   
37. 37  ; 初始化 32 位代码段描述符  
38. 38  xor eax, eax  
39. 39  mov ax, cs  
40. 40  shl eax, 4  
41. 41  add eax, LABEL\_SEG\_CODE32  
42. 42  mov word \[LABEL\_DESC\_CODE32 + 2\], ax  
43. 43  shr eax, 16  
44. 44  mov byte \[LABEL\_DESC\_CODE32 + 4\], al  
45. 45  mov byte \[LABEL\_DESC\_CODE32 + 7\], ah  
46. 46  
47. 47  ; 为加载 GDTR 作准备  
48. 48  xor eax, eax  
49. 49  mov ax, ds  
50. 50  shl eax, 4  
51. 51  add eax, LABEL\_GDT      ; eax **<****-** gdt 基地址  
52. 52  mov dword \[GdtPtr + 2\], eax ; \[GdtPtr + 2\] **<****-** gdt 基地址  
53. 53  
54. 54  ; 加载 GDTR  
55. 55  lgdt    \[GdtPtr\]  
56. 56  
57. 57  ; 关中断  
58. 58  cli  
59. 59  
60. 60  ; 打开地址线A20  
61. 61  in  al, 92h  
62. 62  or  al, 00000010b  
63. 63  out 92h, al  
64. 64  
65. 65  ; 准备切换到保护模式  
66. 66  mov eax, cr0  
67. 67  or  eax, 1  
68. 68  mov cr0, eax  
69. 69  
70. 70  ; 真正进入保护模式  
71. 71  jmp dword SelectorCode32:0  ; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs, 并跳转到 Code32Selector:0  处  
72. 72 ; END of \[SECTION .s16\]  
73. 73  
74. 74  
75. 75 \[SECTION .s32\]; 32 位代码段. 由实模式跳入.  
76. 76 \[BITS    32\]  
77. 77  
78. 78 LABEL\_SEG\_CODE32:  
79. 79  mov ax, SelectorVideo  
80. 80  mov gs, ax          ; 视频段选择子(目的)  
81. 81  
82. 82  mov edi, (80 \* 10 + 0) \* 2  ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。  
83. 83  mov ah, 0Ch         ; 0000: 黑底    1100: 红字  
84. 84  mov al, 'P'  
85. 85  mov \[gs:edi\], ax  
86. 86  
87. 87  ; 到此停止  
88. 88  jmp $  
89. 89  
90. 90 SegCode32Len equ $ - LABEL\_SEG\_CODE32  
91. 91 ; END of \[SECTION .s32\]

在下面我要讲述3.1中所遇到的问题和迷惑。主要以pmtest1.asm为例，从以下几方面进行分析和讲解。

1）[SECTION .XXX]为何物？

2）全局描述符表(GDT)、描述符(Descriptor)、全局描述符表寄存器(GDTR)、选择子(SelectorXXX) 是什么？用来做什么？

3）实模式下的寻址方式与保护模式下的寻址方式的区别？

4）描述符宏定义和初始化段描述符

5）为加载gdtr做准备工作

6）其他

1、[SECTION .XXX]为何物？

SECTION和SEGMENT的作用相类似，就是代表“段”的意思，从整个程序来看，该程序分为3个模块，分别是[SECTION .gdt]、[SECITON .s16]、[SECTION .s32]三部分。我们很容易就可以看出，其中的[SECTION .gdt]应该是数据段，其他的两个是代码段。通过[SECTION .XXX]将程序分成不同模块，完成不同的功能，使得程序看起来清晰明了。

2、描述符(Descriptor)、全局描述符表(GDT)、全局描述符表寄存器(GDTR)、选择子(SelectorXXX) 是什么？用来做什么？

段，在80X86中，分段机制将内存空间分成一个或者多个线性区域，我们把这些线性区域称为段。我们需要将这些段区分开来，于是分段机制为每个段赋予3个属性，分别是：1、段基址(Base address)：指定段在线性地址空间中的开始地址。2、段界限(Limit)：表示了段内最大可用偏移量，也就是说它定义了段的长度。3、段属性(Attribute)：指定了段的特性，包括：可读，可写或者可执行，特权等级等特性。

段描述符(Descriptor)，在程序中，我们需要定义一个数据结构来表示段，它同样包含三个元素，段基址(Base)，段界限(Limit)，段属性(Attribute)，我们称它为段描述符(Descriptor)。段描述符和段就是同一个概念，每个段描述符要占用8个字节的空间。 	段描述符表(Descriptor Table)，在一个程序中，不只存在一个段（段描述符）。所以我们需要将这些段描述符组织起来，于是定义了一个存储段描述符的数组，称为段描述符表。 	段选择子(SelectorXXX)，把所有段描述符都存储在段描述符表中，当我们使用其中某一个段的时候，我们并不直接指向该段，而是通过该段描述符在段描述符表中的位置来访问的。故段选择子，就是一个16位的标识符，用来标识该段描述符在描述符表中的位置。     	段描述符表可以分为两类，一类是全局描述符表GDT(Global Descriptor Table)，一类是局部描述符表LDT(Local Descriptor Table)。系统中供所有的任务共享的是全局描述符表，而不同的任务却是使用自己的局部描述符表。 	紧接着，如何让系统知道段描述符表在什么地方呢？处理器提供了内存管理寄存器，分别是全局描述符表寄存器(GDTR)、局部描述符表寄存器(LDTR)。GDTR寄存器中用于存放全局描述符表GDT的32位线性基地址和16位的表的长度值。LDTR寄存器中用于存放局部描述符表LDT的32位线性基地址和16位的表的长度值。通过系统指令，lgdt将GDT的线性基址和长度值加载到GDTR寄存器中，lldt将LDT的线性基址和长度值加载到LDTR寄存器中。 下面我们来分析程序中的代码：
       
        
        
         [html] view plain copy 
        
         11 [SECTION .gdt]   12 ; GDT   13 ;                                         段基址,      段界限     , 属性   14 LABEL_GDT:       Descriptor         0,                0, 0           ; 空描述符   15 LABEL_DESC_CODE32:   Descriptor         0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32    ; 非一致代码段, 32   16 LABEL_DESC_VIDEO:    Descriptor   0B8000h,           0ffffh, DA_DRW      ; 显存首地址   17 ; GDT 结束   18   19 GdtLen       equ $ - LABEL_GDT   ; GDT长度   20 GdtPtr       dw  GdtLen - 1  ; GDT界限   21      dd  0       ; GDT基地址   22   23 ; GDT 选择子   24 SelectorCode32       equ LABEL_DESC_CODE32   - LABEL_GDT   25 SelectorVideo        equ LABEL_DESC_VIDEO    - LABEL_GDT   26 ; END of [SECTION .gdt]   
       
        	在程序中，14、15、16行定义了3个段描述符，LABEL_GDT（空描述符），LABEL_DESC_CODE32（32位代码段描述符），LABEL_SESC_VIDEO（显示内存描述符）。每个描述符都包含了3个属性，段基址、段界限、段属性。 	将三个描述符组织到一起构成一个全局段描述符表(GDT)。12-17行完成了GDT的定义。 	GdtLen为GDT的长度。 	GdtPtr为一个数据结构，里面包含两个元素，第一个元素是2 bytes的GDT界限。第二个元素是4 bytes的GDT的基地址。该数据结构与全局描述符表寄存器（GDTR）的数据结构相同，所以在加载GDTR的时候(源代码55行)，就是将该GdtPtr加载到GDTR中。 	由于第一个段LABEL_GDT是空描述符，它仅仅代表该GDT的初始地址，所以该描述符为空描述符，一般情况下，不为它创建选择子。然后该程序建立了两个选择子(24、25行)SelectorCode32和SelectorVideo，分别对应着这两个段LABEL_SESC_CODE32和LABEL_DESC_VIDEO。 	这段代码的结构大家应该明白了吧，下面我要分别介绍段描述符，全局描述符表寄存器，选择子的数据结构。 段描述符(Descriptor)的结构图如下：       	段描述符占有8个字节，在这里我只想提醒大家一下，段基址分别占有BYTE2、BYTE3、BYTE4和BYTE7。在下面初始化段描述符的时候需要用到这些。 段选择子的结构图如下图所示：     	在这里简单的介绍一下，它使用(15…3)来表示索引，故每一个描述符表最多只用213个描述符，除去第一个空描述符，则可以使用的描述符为8191个描述符。 	TI标志着该选择子所指向的段描述符是全局描述符，还是局部描述符。当TI=0时，表示全局描述符，当TI=1时，表示局部描述符。 	RPL请求优先级，稍后下一节将会提到。 全局描述符表寄存器(GDT)的结构图如下所示：         	在这里，你可以和上面程序中的GdtPtr数据结构做比较，是不是格式相同。2个字节表示GDT界限，4个字节表示GDT基地址。   3、实模式下的寻址方式与保护模式下的寻址方式有什么不同？ 	在实模式下，也就是在8086系统下的寻址方式。 Intel 8086是16位的CPU，它有着16位的寄存器(Register)，16位的数据总线(Data Bus)以及20位的地址总线(Address Bus)和1MB的寻址能力。一个地址是由段和偏移两部分组成的，物理地址遵循这样的计算公式： 	物理地址(Physical Address) = 段值(Segment) * 16 + 偏移(Offset) 	其中段值和偏移都是16位的。故寻址范围为1MB。 	在保护模式下，有了分段机制，所以它的寻址方式发生了很大的变化。具体如下图所示：         	在保护模式下，首先使用段选择子 在 段描述符表 中查找到相对应的 段描述符，找到32位段基址，然后在与32位的偏移量相加，得到线性地址。段基址和段偏移量都是32位的，所以寻址范围大小为4GB。在程序中jmp dword SlectorCode32:0的作用，就是进入保护模式下的寻址方式。其中，在使用某个段时，它的段选择子是存储在段寄存器中的。 	这里面存在着一个问题，是否我们每次寻址都要先去全局描述符表寄存器（GDTR）中，查找到全局描述符表(GDT)的基址，然后再次根据选择子的索引跳转到该描述符所在的位置，然后取得段描述符中的基址，如果这样的话，我们里里外外采访了几次内存，太浪费时间了。实际上段寄存器结构是这样的：     	这样的好处就是，我们可以直接获取段描述符。   4、描述符宏定义和初始化段描述符
        
         
         
          [html] view plain copy 
         
           1 ; 描述符    2 ; usage: Descriptor Base, Limit, Attr    3 ;        Base:  dd    4 ;        Limit: dd (low 20 bits available)    5 ;        Attr:  dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)    6 %macro Descriptor 3    7  dw  %2 & 0FFFFh             ; 段界限 1             (2 字节)    8  dw  %1 & 0FFFFh             ; 段基址 1             (2 字节)    9  db  (%1 >> 16) & 0FFh         ; 段基址 2             (1 字节)   10  dw  ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F0FFh)   ; 属性 1 + 段界限 2 + 属性 2       (2 字节)   11  db  (%1 >> 24) & 0FFh         ; 段基址 3             (1 字节)   12 %endmacro ; 共 8 字节   
        
         2、3、4、5行注释告诉我们，该宏定义需要三个变量，分别是段基址(4 bytes)，段界限(4 bytes)，段属性(dw)。                回顾刚才的段描述符结构，该宏定义，就是将变量Base,Limit,Attr分别安插到描述符中相应的位置。Base是1，Limit是2，Attr是3 7 是将Limit低16位赋值给描述符的BYTE0和BYTE1 8 是将Base低16位赋值给描述符的BYTE2和BYTE3 9 是将Base右移16位后的低8位（也就是原Base的第16—23位）赋值给描述符的BYTE4 10是将Limit右移8位之后的第8—11位和Attr的0—7和12—15位，组合起来存储到描述符的BYTE5和BYTE6 11是将Base右移24位后的低8位（也就是原Base的24—32位）赋值给描述符的BYTE7 初始化段描述符代码：
        
         
         
          [html] view plain copy 
         
          37  ; 初始化 32 位代码段描述符   38  xor eax, eax   39  mov ax, cs   40  shl eax, 4   41  add eax, LABEL_SEG_CODE32   42  mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax   43  shr eax, 16   44  mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al   45  mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah   
        
         为什么要初始化？你会发现这里只是修改了段描述符LABEL_DESC_CODE32的BYTE2，BYTE4，BYTE7。是不是突然恍然大悟？因为在我们初始化该LABEL_DESC_CODE32描述符时，将其基地址初始化为0，所以我们要修改描述符的基地址为其实际的地址。这也是在前面介绍段描述符的时候，我提醒大家需要注意的地方，即描述符的基地址所占有的字节是BYTE2，BYTE4，BYTE7。 5、为加载gdtr做准备工作
        
         
         
          [html] view plain copy 
         
          47  ; 为加载 GDTR 作准备   48  xor eax, eax   49  mov ax, ds   50  shl eax, 4   51  add eax, LABEL_GDT      ; eax <- gdt 基地址   52  mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址   53   54  ; 加载 GDTR   55  lgdt    [GdtPtr]   
        
         这个很好理解，我们就是对GdtPtr进行赋值，主要是初始化GDT的基地址。也就是将GDT的初始地址，赋值给GdtPtr的BYTE2，BYTE3，BYTE4，BYTE5。使GdtPtr的数据结构刚好符合GDTR，然后执行lgdt [GdtPtr]，加载全局描述符表寄存器。将GDT的基地址和界限赋值给GDTR。 6、其他 至于接下来的 关中断、打开地址线A20、切换到保护模式、进入保护模式，跳转到32位代码段等一系列的问题，可以从书中找到合适的解释。   参考书籍：Linux内核完全剖析基于0.12内核

[http_blog.csdn.net_zgh1988_article_details_7059936]: http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7059936
[http_blog.csdn.net_zgh1988_article_details_7060032]: http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7060032
[http_blog.csdn.net_zgh1988_article_details_7062065]: http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7062065
[view plain]: http://blog.csdn.net/zgh1988/article/details/7098981#